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为什么没有东西能够超过光速?超光速旅行依然遥不可及

http://www.it09.cn 时间:2016-05-20 09:12来源:IT09数码网

我们运动的速度不可能和光速一样快。

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新视野号于2015年飞抵冥王星。

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  新浪科技讯 北京时间5月11日消息,2011年9月,物理学家安东尼奥?伊雷迪塔托(Antonio Ereditato)震惊了世界。他宣布的消息将彻底改变我们对宇宙的理解方式。如果参与OPERA项目的160名科学家收集的数据正确的话,说明我们已经成功观测到了不可能发生的事情。

  这件事就是:粒子(这里指的是中子)的运动速度超过了光速。

  根据爱因斯坦的相对论,这应该是不可能发生的。假如这件事成真,它的影响也十分巨大,许多物理学知识都必须予以重新考虑。

  虽然伊雷迪塔托和他的团队称,他们对自己的研究结果抱有“高度自信”,但他们从未说过自己的结果是完全精确的。事实上,他们还邀请了其他科学家来帮助他们弄清究竟发生了什么事情。

  最后他们发现,OPERA项目的结果是错误的。由于一处电缆接触不良,从GPS卫星传来的信号出现了延迟。结果中子的运动时间缩短了73秒,看上去就好像比光速还快一样。

  虽然科学家们在实验之前进行了好几个月的细致检查,在实验之后也进行了反复核查,但这一次,科学家们还是犯了错误。虽然很多人指出,在粒子加速器这么复杂的机器中,这样的错误总会发生,但伊雷迪塔托还是引咎辞职了。

  为什么人们都将“某种东西比光速还快”这件事看得这么严重呢?我们真就那么确定没有东西能超过光速吗?

  让我们先来看看第二个问题。真空中的光速是每秒299792.458公里,约等于每秒30万公里,速度非常之快。太阳距地球约1.5亿公里,光只需要8分20秒就能跑过这段距离。

  我们造出来的东西能与光速相提并论吗?新视野号空间探测器是人类造出的速度最快的东西之一,相对地球的运行速度只有每秒钟16公里,比每秒钟30万公里差了一大截。

  但粒子的速度可以比这快得多。上世纪60年代初,麻省理工学院的威廉?贝托齐(William Bertozzi)开展了一项实验,不断给电子加速,使电子的速度越来越快。由于电子带负电荷,只要使一块材料带上同样的负电荷,就能把电子向前推出去。施加的能量越高,电子的速度也就越快。

光纤可以传输信息。

光纤可以传输信息。

时间可以放慢或加速。

时间可以放慢或加速。

  你可能会以为,要想达到每秒钟30万公里的速度,只要增加所施加的能量就可以了。但我们发现,电子是不可能达到那么高的运行速度的。贝托齐的实验显示,增加能量之后,电子的运行速度并不会简单地成比例增加。到了后来,就算施加了大量能量,电子的速度也只能加快一点点。这一速度会不断接近光速,但永远无法真正追上光速。

  想象一下,你正在朝一扇门走过去,每次走的长度都是你现在和门之间距离的一半。严格来说,你永远也走不到门跟前,因为每走一步之后,你和门之间仍然存在一定距离。贝托齐的电子加速实验遇到的也是类似的问题。

  但光也是由一种叫做光子的粒子构成的。为什么这些粒子就能达到光速,电子之类的粒子就不行呢?

  “物体的运动速度越快,它就会变得越重;而物体变得越重,要想加速也就越难,因此你永远不可能达到光速。”墨尔本大学的一名物理学家罗杰?拉索尔(Roger Rassool)说道,“光子实际上是没有质量的。如果它有质量,也就不可能以光速运行了。”

  光子是一种非常特殊的粒子。不仅因为它们没有质量,让它们在宇宙这样的真空中可以无拘无束地自由穿梭,还因为它们根本不需要加速。光的能量借助波的形式传播,这意味着从光子诞生的那一刻起,它就已经达到了最高速度。

  不过,光有时似乎传播得比我们认为的要慢一些。虽然互联网技术人员喜欢说信息“以光速”在光纤中传播,但光在光纤的玻璃中传播的速度其实比在真空中慢40%。

  事实上,这些光子的运行速度仍然是每秒钟30万公里,但在光波穿过玻璃时,会从玻璃原子中释放出其它的光子,对之前的光子造成一定干扰。这一点可能很难理解,但值得我们去注意一下。。

  与之类似,科学家在实验中通过改变光子的形状,成功减慢了单个光子的速度。

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